KR100643422B1

KR100643422B1 - 리소그래피 장치 및 이를 이용한 패턴 형성 방법

Info

Publication number: KR100643422B1
Application number: KR1020040039693A
Authority: KR
Inventors: 이기동; 안세원; 피성훈; 박병호; 김규태
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2004-06-01
Filing date: 2004-06-01
Publication date: 2006-11-10
Also published as: US20050264788A1; JP2005346062A; EP1602979A2; US7332734B2; KR20050114469A; EP1602979A3

Abstract

본 발명에 따른 리소그래피 장치는, 시료가 놓여지는 스테이지; 스테이지 상의 시료를 관찰하기 위한 빛을 제공하는 제 1 광원부; 스테이지 상의 시료를 관찰할 수 있는 접안렌즈가 구비된 광학 시스템; 광학 시스템을 통하여 관찰되는 시료의 영상을 획득하는 영상 획득 수단; 영상 획득 수단에서 획득된 영상을 제공 받고, 그 제공된 영상을 편집하는 영상 편집 수단; 광학 시스템에 체결되며, 영상 편집 수단에서 편집된 영상의 영상신호를 입력받고, 그 입력된 영상을 표시하여 포토 마스크 기능을 수행하는 액정패널; 액정패널에 표시된 영상을 포토 마스크로 하여, 시료에 노광을 수행하기 위한 빛을 제공하는 제 2 광원부; 를 포함한다.

Description

리소그래피 장치 및 이를 이용한 패턴 형성 방법{Lithography apparatus and patterning method using the same}

도 1은 본 발명에 따른 리소그래피 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 리소그래피 장치를 이용하여 패턴을 형성하는 과정을 설명하기 위한 도면.

도 3은 도 2c에서 패터닝된 감광막의 한 예를 나타낸 도면.

도 4는 도 2d의 리프트 공정에 의한 패턴 형성 결과의 한 예를 나타낸 도면.

도 5는 일반적인 증착 공정에 의하여 패턴이 형성된 시료에 있어, 손상된 패턴 형상의 한 예를 나타낸 도면.

도 6은 도 5의 손상된 패턴에 대하여, 본 발명에 따른 리소그래피 장치를 이용하여 손상된 패턴을 수정한 결과를 나타낸 도면.

도 7은 일반적인 액정패널의 광 흡수 특성을 나타낸 도면.

도 8은 본 발명에 따른 리소그래피 장치에 있어서, 노광 조건이 적절하지 않을 경우에 나타나는 픽셀 간의 끊겨진 패턴의 예를 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1... 제 2 광원부 3... 집속렌즈

5... 액정패널 7... 접안렌즈

9... 광학 현미경 11... 광학 시스템

13... 축소렌즈 15... 제 1 광원부

17... 시료 19... 스테이지

21... 영상 획득 수단 23... 영상 편집 수단

100... 리소그래피 장치 201... 기판

203... HMDS 205... 감광막

207... 금속막

본 발명은 리소그래피(lithography) 장치 및 이를 이용한 패턴 형성 방법에 관한 것이다.

최근 10 여년 간 반도체 기술의 발전은 눈부신 수준이었다. 반도체의 성능은 소위 '무어의 법칙'에 따라 18 개월 마다 두 배로 증가했으며, 어제는 꿈같은 일이었던 것들을 현실에 구현시켜 왔다. 이와 같은 급격한 발전의 이면에는 포토리소그래피(photolithography:사진식각기술) 기술이 자리 잡고 있다. 포토리소그래피는 빛에 민감한 감광액(photo resist)을 바른 웨이퍼 위에 원하는 패턴의 마스크(mask)를 위치시키고, 광원(light source)을 비추어 마스크의 모양을 형성시키는 반도체의 핵심 공정기술로 일종의 사진기 역할을 담당한다. 반도체 공정구현의 약 70%를 차지하는 핵심요소로 선폭이 줄어드는 최근 공정에서도 가장 중요한 공정 중의 하나로 남아있다.

이와 같은 포토리소그래피 기술은, 마이크로 전자소자(micro electronic), 마이크로 전자기계 시스템(micro electromechanical system:MEMS), 생명공학 응용 분야에 원하는 패턴을 얻기 위한 기술로서 응용되고 있다.

사진 식각 기술의 과정을 개략적으로 설명하면 다음과 같다. 레지스트(resist)라고 불리는 에너지 감응 재료가 반도체 웨이퍼(예를 들면 Si) 기판 위에 코팅된다. 반도체 공정 중에 사용되는 포토 마스크(photo mask)는 마스크(mask) 또는 레티클(reticle)이라는 원판에 패터닝(patterning)할 이미지와 다른 레티클과의 위치를 정렬(alignment)하기 위한 마크(mark) 가 새겨져 있다. 레이저빔(일반적으로 수은 아크 램프의 자외선) 광원을 패터닝된 마스크를 통과시켜 조사하면, 마스크 패턴의 이미지가 레지스트 내에 생성된다. 그 후, 용액 기반 현상제(solution-based developer) 또는 플라즈마 에칭과 같은 수단을 이용하여 레지스트의 노출 부분 또는 비노출 부분을 제거함으로써, 패터닝된 레지스트를 생성하게 된다. 이 단계까지가 포토리소그래피 기술이다. 그 후, 현상된 패턴은 차후의 공정에서 에칭하기 위한 마스크로서 이용되며, 그 후 이러한 레지스트는 제거된다. 여러 디바이스의 경우, 후속하는 층들이 형성되며, 공정이 반복되어 디바이스 내에 상부 패턴들이 형성된다. 집적회로(Integrated Circuit) 소자를 만들기 위해서는 20~25 또는 그 이상의 다른 마스크들을 이용하여 포토리소그래피 과정을 반복한다.

디바이스 공정 중에 리소그래피 기술이 직면해 있는 문제는 다음과 같다. 선폭(line width)이 미세화 될 수록 고속 동작 및 저전력 구동이 가능해 짐으로 반도 체 공정은 더욱 더 미세 선폭을 구현하는 방향으로 가고 있다. 그러나 빛을 광원으로 사용하는 노광 시스템에서 가장 큰 문제점은 선폭이 미세화될수록 빛의 회절(diffraction) 현상이 심화 된다는 점이다. 이는 공정 상의 오차를 야기하게 되어 소자의 성능 저하를 유발한다.

이를 해결하기 위한 가장 근본적인 방법은 빛의 파장이 패턴 사이즈 보다 더욱 작은 광원을 사용하는 것이다. 또 다른 방법으로는 낮은 파장의 광원을 이용하여, 마스크와 기판 사이에 축소 렌즈(reduction lens)를 사용하는 투사형 노광 시스템(Projection Lithography)이 있다. 축소 렌즈의 사용으로 낮은 파장대의 광원으로도 정교한 패턴을 얻을 수 있으며, 마스크 상의 광원의 회절 현상을 방지할 수 있다.

한편, 리소그래피 기술에 있어서 광원 못지 않게 중요한 변수 중의 하나는 패턴의 원판 역할을 하는 포토 마스크(Photo mask)이며, 결과 패턴의 정확성을 위해서는 설계 수치와의 오차를 최소화하여 완성해야 한다. 따라서 마스크 제작 시에는 회절로 인한 공정 오차가 없는 전자빔 식각장비(E-beam Lithography apparatus)를 사용하게 된다. 공정순서는 일반적인 리소그래피 공정 순서와 동일하나, 기판에는 광 투과성이 있는 유리 기판이나 석영 기판을 사용하며, 감광제로는 전자빔(E-beam) 전용 PMMA(positive)를 사용하게 된다. PMMA 패턴이 새겨진 면에 크롬(Cr)을 채워 넣게 되며 최종적으로 감광제를 제거하게 된다. 이렇게 만들어진 마스크를 경질 마스크라 부르는데, 일반적으로 가격이 높으며, 200번 이상의 노광이 가능하고 반복적으로 사용 시에 세척 및 검사가 필요하다. 이밖에 에멀젼 마스크(Emulsion mask)나 필름 마스크(film mask) 등이 있는데, 비용은 저렴하나 미세 패턴에는 사용이 어렵다는 단점이 있다.

이러한 포토 마스크는 제작하는데 오랜 시간이 걸리며, 패턴의 모양이 고정적이기 때문에 각각의 단계에서 필요로 하는 모양의 마스크가 각각 필요하게 된다. 이에 따라, 마스크를 제조하는 데 있어 제조 비용 부담이 많이 발생된다. 이러한 결점을 극복하기 위해서는 마스크의 모양을 자유롭게 변화시킬 수 있어야 하겠다.

이러한 요구에 새로운 마스크의 후보로 액정패널(liquid crystal panel)이 주목을 받고 있다. 컴퓨터의 다양한 이미지 프로그램을 활용하여, 자유롭게 마스크 패턴의 이미지를 변형시킨 후에 실시간으로 액정패널에 전송시킬 수 있기 때문에 마스크 제작 시간과 비용 면에서 유리한 특징을 가지고 있다.

한편, 액정패널은 픽셀(pixel)이 기본 단위이며, 개개의 픽셀에 들어있는 액정이 전계에 반응하여 온/오프 되어지면서 흑백 명암을 표현하게 된다. 액정패널을 형성하는 픽셀의 행과 열에는 전계를 인가해주기 위한 전선이 지나가며, 이 부분은 액정이 존재하지 않는 부분이기 때문에 전계의 영향을 받지 않고 항상 투명한 상태를 유지한다. 따라서 액정패널을 마스크로 사용하는데 가장 큰 문제점은, 현상된 패턴이 전선 부분의 모양과 같이 픽셀 단위로 끊겨진다는 점이다.

따라서, 이와 같은 문제점을 극복하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.

본 발명은, 기판을 관찰하면서 특정 영역에 임의의 형상으로 원하는 패턴을 선택적으로 형성할 수 있는 리소그래피 장치 및 이를 이용한 패턴 형성 방법을 제 공함에 목적이 있다.

또한 본 발명은, 패턴이 형성된 기판을 관찰하면서 손상된 패턴이 관측되는 경우, 손상된 패턴을 수정하여 복원할 수 있는 리소그래피 장치를 이용한 패턴 수정 방법을 제공함에 다른 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 리소그래피 장치는, 시료가 놓여지는 스테이지; 상기 스테이지 상의 시료를 관찰하기 위한 빛을 제공하는 제 1 광원부; 상기 스테이지 상의 시료를 관찰할 수 있는 접안렌즈가 구비된 광학 시스템; 상기 광학 시스템을 통하여 관찰되는 시료의 영상을 획득하는 영상 획득 수단; 상기 영상 획득 수단에서 획득된 영상을 제공 받고, 그 제공된 영상을 편집하는 영상 편집 수단; 상기 광학 시스템에 체결되며, 상기 영상 편집 수단에서 편집된 영상의 영상신호를 입력받고, 그 입력된 영상을 표시하여 포토 마스크 기능을 수행하는 액정패널; 상기 액정패널에 표시된 영상을 포토 마스크로 하여, 상기 시료에 노광을 수행하기 위한 빛을 제공하는 제 2 광원부; 를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 리소그래피 장치를 이용한 패턴 형성 방법은, 접안렌즈가 구비된 광학 시스템과, 상기 광학 시스템을 통하여 시료를 관찰하기 위한 빛을 제공하는 제 1 광원부와, 상기 광학 시스템에 체결되며 표시되는 영상으로 포토 마스크 기능을 수행하는 액정패널과, 상기 액정패널에 노광용 빛을 제공하는 제 2 광원부를 포함하는 리소그래피 장치에 있어서,

상기 광학 시스템을 통하여 감광막이 코팅된 시료를 관찰하면서, 상기 시료 상에 패턴을 형성시킬 영역을 선정하는 단계; 상기 액정패널에 소정의 영상을 출력하여 표시하고, 그 표시된 영상을 포토 마스크로 하여 상기 제 2 광원부로부터 제공되는 빛을 조사하여 상기 시료의 감광막에 노광을 수행하는 단계; 상기 노광된 감광막에 대한 현상을 수행하고, 상기 시료에 패터닝된 감광막을 형성하는 단계; 상기 패터닝된 감광막 상에 금속 증착을 수행하는 단계; 상기 패터닝된 감광막 및 그 상부에 증착된 금속막을 리프트 오프 기법으로 제거하고, 상기 시료 상에 패터닝된 금속막을 형성하는 단계; 를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

또한, 상기의 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 리소그래피 장치를 이용한 패턴 수정 방법은, 접안렌즈가 구비된 광학 시스템과, 상기 광학 시스템을 통하여 시료를 관찰하기 위한 빛을 제공하는 제 1 광원부와, 상기 광학 시스템에 체결되며 표시되는 영상으로 포토 마스크 기능을 수행하는 액정패널과, 상기 액정패널에 노광용 빛을 제공하는 제 2 광원부와, 상기 광학 시스템을 통하여 관찰되는 시료의 영상을 획득하는 영상 획득 수단과, 상기 영상 획득 수단에서 획득된 영상을 편집하는 영상 편집 수단을 포함하는 리소그래피 장치에 있어서,

상기 광학 시스템을 통하여, 패터닝된 금속막 상에 감광막이 코팅된 시료를 관찰하면서, 상기 금속막의 패턴이 손상된 영역을 선정하는 단계; 상기 영상 획득 수단을 통하여, 상기 패턴이 손상된 금속막의 영상을 획득하는 단계; 상기 영상 편집 수단을 통하여, 상기 영상 획득 수단에서 획득된 영상에 대해서 손상된 패턴에 대응되는 수정용 영상패턴을 편집하는 단계; 상기 수정용 영상패턴을 액정패널에 표시하고, 그 표시된 영상을 포토 마스크로 하여 상기 제 2 광원부로부터 제공되는 빛을 조사하여 상기 시료의 손상된 패턴 영역의 감광막에 노광을 수행하는 단계; 상기 노광된 감광막에 대한 현상을 수행하고, 상기 시료에 패터닝된 감광막을 형성하는 단계; 상기 패터닝된 감광막 상에 금속 증착을 수행하는 단계; 상기 패터닝된 감광막 및 그 상부에 증착된 금속막을 리프트 오프 기법으로 제거하고, 상기 시료 상에 패터닝된 금속막을 형성하여 손상된 패턴을 수정하는 단계; 를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 기판을 관찰하면서 특정 영역에 임의의 형상으로 원하는 패턴을 선택적으로 형성할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명에 의하면, 패턴이 형성된 기판을 관찰하면서 손상된 패턴이 관측되는 경우, 손상된 패턴을 수정하여 복원할 수 있는 장점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 리소그래피 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 리소그래피 장치(100)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 시료(17)가 놓여지는 스테이지(19)와, 상기 스테이지(19) 상의 시료(17)를 관찰하기 위한 빛을 제공하는 제 1 광원부(15)와, 상기 스테이지(19) 상의 시료(17)를 관찰할 수 있는 접안렌즈(7)와 광학 현미경(9)이 구비된 광학 시스템(11)을 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 제 1 광원부(15)는 황색 파장대역의 빛을 제공하는 황색 램프(yellow lamp)로 구성될 수 있으며, 상기 제 1 광원부(15)는 상기 광학 시스템(11)과 상기 스테이지(19) 사이에 마련될 수 있다.

또한 본 발명에 따른 리소그래피 장치(100)는, 상기 광학 시스템(11)을 통하여 관찰되는 시료(17)의 영상을 획득하는 영상 획득 수단(21)과, 상기 영상 획득 수단(21)에서 획득된 영상을 제공 받고, 그 제공된 영상을 편집하는 영상 편집 수단(23)을 더 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 영상 획득 수단(21)은 하나의 예로서 CCD(charge coupled device) 카메라가 이용될 수 있으며, 상기 영상 편집 수단(23)은 하나의 예로서 개인용 컴퓨터가 이용될 수 있다.

또한 본 발명에 따른 리소그래피 장치(100)는, 상기 광학 시스템(11)에 체결되며, 상기 영상 편집 수단(23)에서 편집된 영상의 영상신호를 입력받고, 그 입력된 영상을 표시하여 포토 마스크 기능을 수행하는 액정패널(5)과, 상기 액정패널(5)에 표시된 영상을 포토 마스크로 하여, 상기 시료(17)에 노광을 수행하기 위한 빛을 제공하는 제 2 광원부(1)를 더 포함하여 구성된다. 이때, 상기 액정패널(5)은 투과형 액정패널이 이용되며, 상기 영상 획득 수단(21)과 영상 편집 수단(23), 그리고 상기 영상 편집 수단(23)과 액정패널(5) 간에는 USB 통신 케이블 등을 이용하여 데이터를 전송할 수 있다.

여기서, 상기 광학 시스템(11)과 상기 스테이지(19) 사이에는, 상기 액정패널(5)을 통하여 입사되는 빛을 상기 시료(17)에 축소하여 조사하기 위한 축소렌즈(reduction lens)(13)가 더 마련될 수 있다. 또한, 상기 액정패널(5)과 상기 제 2 광원부(1) 사이에는 집속렌즈(condense lens)(3)가 더 마련될 수 있다.

또한, 상기 제 2 광원부(1)는 자외선 파장대역의 빛을 제공하는 UV 램프로 구성될 수도 있으며, 수은램프(mercury lamp)로 구성될 수도 있다. 그리고, 상기 제 2 광원부(1)로 UV 램프 및 수은램프가 모두 구비되도록 하고, 필요에 따라 선택적으로 사용할 수도 있다.

한편, 상기 광학 시스템(11)에는 복수의 접안렌즈가 마련될 수도 있으며, 또한 외부 기기를 연결하기 위한 복수의 연결포트가 형성될 수도 있다. 도 1에서는 하나의 접안렌즈(7)에 영상 획득 수단(21)이 연결되고, 하나의 연결포트에 액정패널(5)이 연결된 예를 나타낸 것이다. 그러나, 상기 영상 획득 수단은 접안렌즈(7)에 연결되도록 할 수도 있고, 연결포트에 연결될 수도 있는 것으로서, 이는 사용자의 필요에 의한 선택 문제가 되는 것이다.

그러면, 도 1과 도 2a 내지 도 2d를 참조하여, 본 발명에 따른 리소그래피 장치를 이용하여 패턴을 형성하는 과정을 설명해 보기로 한다. 도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 리소그래피 장치를 이용하여 패턴을 형성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 도 2a에 나타낸 바와 같이, 기판(201) 상에 감광막(205)을 형성한다. 이때, 상기 감광막(205)를 형성하기 이전에, 상기 기판(201) 상에 먼저 HMDS(Hexamethyldisilazane)(203)를 형성할 수도 있다. 여기서, 상기 HMDS는 물이나 알코올과 접촉했을 때 암모니아 가스를 발생하는 성질을 가지고 있으며, 실리콘이 함유된 화학물질로 감광막(205)의 접착도를 증진시키기 위하여 사용된다.

그리고, 도 1에 도시된 바와 같은 리소그래피 장치(100)의 광학 시스템(11)을 통하여 감광막(205)이 코팅된 기판(201)을 관찰하면서, 상기 기판(201) 상에 패 턴을 형성시킬 영역을 선정한다.

여기서, 본 발명에 의하면 상기 기판(201) 상에 패턴을 형성하기 위한 노광용 포토 마스크로서 액정패널(5)에 표시되는 영상을 사용한다. 이때, 상기 액정패널(5)에 표시되는 영상은, 컴퓨터와 같은 영상 편집 수단(23)에 의하여 편집된 영상이 표시될 수 있다. 또한, 상기 액정패널(5)에 표시되는 영상은 CCD 카메라와 같은 영상 획득 수단(21)에 의하여 획득된 영상이 패턴으로 표시될 수도 있다.

이와 같이 본 발명에서는, 도 2b에 나타낸 바와 같이, 상기 액정패널(5)에 소정의 영상을 출력하여 표시하고, 그 표시된 영상을 포토 마스크로 하여 노광용 광원인 제 2 광원부(1)로부터 제공되는 빛을 조사하여 상기 기판(201)의 감광막(205)에 노광을 수행한다. 여기서, 상기 감광막(205)으로는 투명 재질을 이용하도록 하며, AZ1500 계열의 감광물질을 이용할 수 있다.

이때, 상기 리소그래피 장치(100)의 광경로 상에는 집속렌즈(3) 및 축소렌즈(13)가 더 구비됨으로써, 상기 감광막(205)에 대한 노광을 보다 효율적으로 수행할 수 있게 된다. 여기서, 상기 제 2 광원부(1)는 UV 램프로 구성될 수도 있고, 수은 램프로 구성될 수도 있다.

이후, 상기 노광된 감광막(205)에 대한 현상을 수행함으로써, 도 2c에 나타낸 바와 같이, 상기 기판(201) 상에 패터닝된 감광막(205)을 형성할 수 있게 된다. 참고로, 도 3은 이와 같은 공정을 통하여 패터닝된 감광막의 한 예를 나타낸 도면이다.

그리고, 상기 패터닝된 감광막(205) 상에 금속 증착 공정을 수행한다. 이어 서, 상기 패터닝된 감광막(205) 및 그 상부에 증착된 금속막을 리프트 오프 기법으로 제거하고, 도 2d에 나타낸 바와 같이, 상기 기판(201) 상에 패터닝된 금속막(207)을 형성한다. 참고로, 도 4는 이러한 리프트 공정에 의한 패턴 형성 결과의 한 예를 나타낸 도면이다.

이와 같은 일련의 공정을 통하여, 시료를 관찰하면서 소정의 영역을 선택하고, 그 선택된 영역에 필요로 하는 패턴을 선택적으로 형성할 수 있게 되는 것이다.

한편, 이와 같은 패턴 형성 공정은 하나의 영역에만 수행되는 것이 아니라, 다수의 영역에 수행될 수도 있는 것이다. 또한, 각 영역에 형성되는 패턴은 동일 형상일 수도 있으나, 경우에 따라서는 각 영역에 형성되는 패턴의 형상이 모두 다를 수도 있다. 본 발명에서는 액정패널(5)에 표시되는 영상을 포토 마스크로 이용하므로, 각 영역에 형성할 패턴을 임으로 형성하여 대응할 수 있게 된다.

그리고 이와 같이 기판(201) 상에 패턴을 형성할 영역이 다수인 경우에는, 다음과 같이 노광 공정을 각 영역별로 수행하고, 모든 노광 공정이 수행된 이후에 현상 공정을 일괄적으로 수행함으로써, 효율적인 패턴 형성이 가능하게 된다.

즉 본 발명에서는, 상기 액정패널(5)에 표시된 영상을 포토 마스크로 사용하여 상기 기판(201)의 감광막(205)에 노광을 수행한 이후, 상기 광학 시스템(11)을 통하여, 상기 기판(201) 상에 소정 형상의 패턴을 형성할 영역을 다시 선택하는 과정을 수행한다. 그리고, 선택된 해당 영역에 형성할 소정 형상의 영상패턴을 편집하여 그 편집된 영상패턴을 상기 액정패널(5)에 표시하고, 상기 선택된 영역에 노 광을 수행하는 단계를 반복적으로 수행한다. 이와 같은 반복 공정을 통하여 상기 기판(201)에 패턴을 형성하기 위한 노광 공정을 모두 수행하도록 한다. 그리고, 일괄적으로 상기 기판(201)의 감광막(205)에 대한 현상 공정을 수행함으로써, 효율적으로 패턴을 형성할 수 있게 되는 것이다.

한편, 상기와 같은 패턴 형성 공정 또는 다른 패턴 형성 공정에 의하여 기판 상에 원하는 패턴을 형성함에 있어, 실제 기판 상에 형성된 패턴의 모양이 원하는 형상이 아닌 다른 형상으로 형성되는 경우가 발생될 수도 있다. 도 5는 일반적인 증착 공정에 의하여 패턴이 형성된 시료에 있어, 손상된 패턴 형상의 한 예를 나타낸 도면이다.

이와 같은 경우에 손상된 패턴을 수정할 수 있는 적절한 방법이 없는 경우에는 해당 기판은 사용할 수 없는 결과를 초래하게 된다. 그러나, 본원 발명에 따른 리소그래피 장치를 이용하면 손상된 패턴을 찾아내고, 그 손상된 패턴을 수정하여 복원할 수 있는 방안을 제공할 수 있다. 이하에서는 본 발명에 따른 리소그래피 장치를 이용한 패턴 수정 방법에 대하여 간략하게 설명해 보기로 한다.

본 발명에 따른 리소그래피 장치를 이용하여, 패터닝된 금속막 상에 감광막이 코팅된 시료를 관찰하면서, 상기 금속막의 패턴이 손상된 영역을 선정한다.

그리고, 상기 리소그래피 장치에 구비된 영상 획득 수단(예컨대 CCD 카메라)을 통하여, 상기 패턴이 손상된 금속막의 영상을 획득한다. 이후, 상기 리소그래피 장치에 구비된 영상 편집 수단(예컨대 개인용 컴퓨터)을 통하여, 상기 영상 획득 수단에서 획득된 영상에 대해서 손상된 패턴에 대응되는 수정용 영상패턴을 편집한 다.

이어서, 상기 수정용 영상패턴을 액정패널에 표시하고, 그 표시된 영상을 포토 마스크로 하여 노광용 광원인 제 2 광원부(예컨대, UV 램프 또는 수은 램프)로부터 제공되는 빛을 조사하여 상기 기판의 손상된 패턴 영역의 감광막에 노광을 수행한다.

그리고, 상기 노광된 감광막에 대한 현상을 수행하고, 상기 기판에 패터닝된 감광막을 형성하며, 상기 패터닝된 감광막 상에 금속 증착 공정을 수행한다.

이후, 상기 패터닝된 감광막 및 그 상부에 증착된 금속막을 리프트 오프 기법으로 제거하고, 상기 기판 상에 패터닝된 금속막을 형성하여 손상된 패턴을 수정하는 공정을 수행한다.

이와 같은 일련의 공정을 통하여, 손상된 패턴을 관측하는 과정과 손상된 패턴을 수정하는 과정을 연속적으로 실시간으로 수행할 수 있게 되는 것이다. 이와 같은 손상된 패턴의 수정 결과를 도 6에 나타내었다. 도 6은 도 5의 손상된 패턴에 대하여, 본 발명에 따른 리소그래피 장치를 이용하여 손상된 패턴을 수정한 결과를 나타낸 도면이다.

그리고, 기판 상에 손상된 패턴이 다수인 경우에는, 다음과 같이 노광 공정을 각 영역별로 수행하고, 모든 노광 공정이 수행된 이후에 현상 공정을 일괄적으로 수행함으로써, 효율적인 패턴 수정이 가능하게 된다.

즉 본 발명에서는, 상기 편집된 수정용 영상패턴을 이용하여 상기 기판의 손상된 패턴 영역의 감광막에 노광을 수행한 이후, 본 발명에 따른 리소그래피 장치 의 광학 시스템을 통하여, 금속막의 패턴이 손상된 또 다른 영역을 찾는다. 그리고, 손상된 패턴에 맞는 수정용 영상패턴을 다시 편집하고, 그 편집된 수정용 영상패턴을 액정패널에 표시한다. 이어서, 상기 또 다른 손상된 패턴을 수정하기 위한 노광을 수행하는 단계를 반복적으로 수행하여, 상기 기판의 손상된 모든 패턴을 수정하기 위한 노광 공정을 모두 수행하도록 한다. 그리고, 일괄적으로 상기 기판의 감광막에 대한 현상 공정을 수행함으로써, 손상된 패턴을 효율적으로 수정할 수 있게 된다.

한편, 액정패널의 적절한 광원과 감광막을 선택하기 위하여 광흡수 실험을 한 결과 도 7에 나타낸 바와 같은 그래프 결과를 얻었다. 도 7은 일반적인 액정패널의 광 흡수 특성을 나타낸 도면이다. 이는, 액정패널의 픽셀이 온(ON) 되었을 경우와 오프(OFF) 되었을 경우를 각각 실험한 것이며, 400 nm 이하의 파장에서는 빛을 통과시키지 못함을 알 수 있다.

본 발명에서는 이와 같은 액정패널의 광특성을 이용하여 노광용 광원 및 감광막 재질을 선택하였으며, 그에 따른 적절한 공정 조건을 획득할 수 있었다. 즉, 액정패널을 이용한 리소그래피 장치에서는 각 픽셀 간의 경계에 의한 패턴이 반영되는 관계로 도 8과 같이 픽셀 간의 끊겨진 패턴을 얻게 될 수도 있다. 도 8은 본 발명에 따른 리소그래피 장치에 있어서, 노광 조건이 적절하지 않을 경우에 나타나는 픽셀 간의 끊겨진 패턴의 예를 나타낸 도면이다.

그러나, 본 발명에서는 적절한 노광 조건과 현상 시간을 통해서 상기에서 설명된 바와 같이 픽셀 간의 끊겨진 패턴 없이, 기판 상에 원하는 영상의 패턴을 얻 을 수 있게 되었다. 본 발명에서는 액정패널의 픽셀 단위로 끊겨져 현상되는 단점을 수은 램프와 AZ1500 계열의 감광막을 사용하여 적절한 노광 조건에서 문제를 해결하였다.

또한 본 발명에서는, 실시간으로 관측된 부분에 원하는 패턴을 만들기 위해서는 선택적인 노광이 필요하게 되는데 이를 위해서는 CCD 카메라를 장착, 컴퓨터와 연결하여 액정패널과 1:1 이미지 변환을 시도하였다. 이로서 평상시엔 관측과 동시에 사진을 찍을 수 있는 광학 현미경으로 사용하면서, 필요에 따라 액정패널을 포토 마스크로 사용하여 선택적으로 노광할 수 있는 리소그래피 장치로 활용할 수 있게 된다. 이는 광학 현미경이 기업이나 대학 연구실에서 쉽게 찾아볼 수 있는 기본 장비라는 점을 감안할 때, 액정패널과 CCD 카메라 설치만으로 포토리소그래피 기능을 손쉽게 할 수 있다는 점에서 그 파급효과는 크다고 할 수 있다.

또한 액정패널과 광학 시스템의 렌즈 사양을 고급화 한다면 미세패턴의 결함 (defect)을 발견하고 실시간으로 수정(correction) 할 수 있는 효과도 기대할 수 있다.

또한 본 발명은 노광하는 광원의 종류를 달리하여 광학 현미경으로 관찰 중인 적당한 생물체 세포에 선택적으로 자외선(UV)을 노광하는 생물학 분야에도 적용을 기대할 수 있다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 리소그래피 장치 및 이를 이용한 패턴 형성 방법에 의하면, 기판을 관찰하면서 특정 영역에 임의의 형상으로 원하는 패턴을 선택적으로 형성할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명에 따른 리소그래피 장치를 이용한 패턴 수정 방법에 의하면, 패턴이 형성된 기판을 관찰하면서 손상된 패턴이 관측되는 경우, 손상된 패턴을 수정하여 복원할 수 있는 장점이 있다.

Claims

스테이지 상의 시료를 관찰하기 위한 광을 제공하는 제 1 광원부;

상기 스테이지 상의 시료를 관찰할 수 있는 렌즈가 구비된 광학 시스템;

상기 광학 시스템을 통하여 관찰되는 시료의 패턴 영상을 획득하는 영상 획득 수단;

상기 영상 획득 수단에서 획득된 패턴 영상을 제공받고, 이 영상을 기반으로 수정용 패턴 영상을 편집하는 영상 편집 수단;

상기 영상 편집 수단에서 편집된 영상을 입력받고, 그 입력된 영상을 표시하여 포토 마스크 기능을 수행하는 액정패널;

상기 액정패널에 표시된 영상을 포토 마스크로 하여, 상기 시료에 노광용 광을 제공하는 제 2 광원부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 광학 시스템은, 상기 영상 획득 수단이 연결되는 제 1 연결포트와, 상기 액정패널이 연결되는 제 2 연결포트를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 광학 시스템과 상기 스테이지 사이에, 상기 액정패널을 통하여 입사되는 광을 상기 시료에 축소하여 조사하기 위한 축소렌즈(reduction lens)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 광원부는 황색 파장대역의 빛을 제공하는 황색 램프(yellow lamp)인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 광원부는 상기 광학 시스템과 상기 스테이지 사이에 마련된 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 광원부는 자외선 파장대역의 빛을 제공하는 UV 램프인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 광원부는 수은램프(mercury lamp)인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 액정패널과 상기 제 2 광원부 사이에는 집속렌즈(condense lens)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
감광막이 코팅된 시료 상에서 패턴을 형성할 복수의 영역을 순차적으로 선택하여, 선택된 영역에 해당하는 영상을 포토 마스크로서 액정패널에 표시하고, 그 표시된 영상에 광을 조사하여 감광막에 노광을 수행하는 단계;

상기 노광이 수행된 전체 영역에 현상 공정을 수행하여 패터닝된 감광막을 형성하는 단계;

상기 패터닝된 감광막 상에 금속을 증착하는 단계;

상기 패터닝된 감광막과 그 상부에 증착된 금속막을 제거하여, 상기 시료 상에 패터닝된 금속막을 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치를 이용한 패턴 형성 방법.
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제 9 항에 있어서,

상기 감광막은 투명 물질인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치를 이용한 패턴 형성 방법.
제 9 항에 있어서,

상기 감광막은 AZ1500 계열의 물질인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치를 이용한 패턴 형성 방법.
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패턴이 손상된 금속막의 영상을 획득하는 단계;

상기 손상된 패턴 영상을 기반으로 수정용 패턴 영상을 편집하는 단계;

상기 수정용 패턴 영상을 액정패널에 표시하고, 그 표시된 영상을 포토 마스크로 하여 손상된 패턴 영역의 감광막에 노광을 수행하는 단계;

상기 노광된 감광막에 대한 현상을 수행하여, 상기 손상된 패턴 영역에 패터닝된 감광막을 형성하는 단계;

상기 손상된 패턴 영역 상에 금속을 증착하는 단계;

상기 손상된 패턴 영역의 감광막과 그 상부에 증착된 금속막을 제거하여 손상된 패턴을 수정하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치를 이용한 패턴 수정 방법.
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제 21항에 있어서,

상기 감광막은 투명 물질인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치를 이용한 패턴 수정 방법.
제 21항에 있어서,

상기 감광막은 AZ1500 계열의 물질인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치를 이용한 패턴 수정 방법.
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제 21 항에 있어서,

상기 손상된 패턴 영역이 복수의 영역이면, 각각의 손상된 패턴 영역의 감광막에 노광을 수행한 후에, 상기 각각의 손상된 패턴 영역에 대해 일괄적으로 현상을 수행하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치를 이용한 패턴 수정 방법.